Goos-Hänchen Shift and Photonic Spin Hall Effect in Semi-Dirac Material Heterostructures
本研究通过理论建模揭示了半狄拉克材料的各向异性介电函数及无质量狄拉克电子漂移对光子自旋霍尔效应和古斯-汉欣位移的调制作用，为设计可调光子器件提供了新平台。
2025-04-15 physics.optics
Three dimensional photonic Dirac points in metamaterials
拓扑半金属，代表一种新的拓扑相，缺乏一个完整的带隙在体状态和表现出非平凡的拓扑秩序，最近已经扩展到光子系统，主要是在光子晶体和在较小程度上，超材料。狄拉克简并的光子晶体实现受到各种空间对称性的保护，其中布洛赫模式跨越自旋和轨道子空间。在这里，我们从理论上表明，狄拉克点也可以实现在有效介质中，通过电磁对偶下的电磁学中的固有自由度。在空气与Dirac材料的界面处观察到一对自旋极化的费米弧表面态。这些表面态呈现线性的k空间色散关系，导致几乎无衍射的传播。此外，本征反射场显示从狄拉克点到两个外尔点的分解。我们还发现了经典光子学中Dirac点和涡旋/矢量光束之间的拓扑关联。光子狄拉克点的理论提出为揭示电磁学中内禀物理与整体拓扑之间的联系奠定了基础。
2017-10-20 physics.optics
Photonic Dirac Nodal Line Semimetals Realized by Hyper-crystal
近年来，具有线性色散和拓扑保护模简并的无带隙Dirac/Weyl节结半金属是拓扑物理研究的前沿。特别地，根据Dirac/Weyl锥的倾斜角，发现了I型、II型和临界III型节状半金属。本文通过在一维光子晶体中引入双曲型超材料，设计了“超晶体”，研究了两种垂直偏振波作用下的光子四重简并Dirac节线半金属（DNLS）。研究了利用双曲型色散的相位补偿效应进行灵活控制的光子DNLS。我们的结果不仅为实现各种光子DNLS提供了一个新的平台，其中光偏振在电子DNLS中扮演着电子自旋的角色，而且可能为探索简单经典波动系统中丰富的Dirac/Weyl物理铺平一条新的道路。
2022-05-16 physics.optics
Photonic realization of the relativistic Dirac oscillator
提出了一种光子学实现的狄拉克振荡器（DO），即量子谐振子的相对论扩展，用于光纤布拉格光栅中的光传输。透射光谱清楚地表明存在的电子和正电子束缚态的DO，对应于共振模式以上和以下的布拉格频率，以及不对称的电子和正电子分支的能谱。
2010-09-01 physics.optics
Observation of an unpaired photonic Dirac point
在光子狄拉克点，电磁波与两分量无质量相对论费米子受相同方程支配。然而，已知光子狄拉克点在“光子石墨烯”和其他类似的光子晶体中成对出现，这需要特别的预防措施来仅激发其中一个狄拉克点附近的状态。拥有不成对光子狄拉克点的系统更难实现，因为它们需要破缺的时间反演对称性。在这里，我们报告的第一个观察到的非成对狄拉克点在平面二维光子晶体。该结构采用了旋磁材料，打破了时间反演对称性;当宇称破缺参数被微调到光子陈氏绝缘体和传统光子绝缘体相位之间的拓扑跃迁时，就会出现不成对的狄拉克点。不成对狄拉克点的证据是由传输和场映射实验提供的，包括强非互易反射的演示。这种光子晶体适用于研究二维狄拉克态的独特特性，如单向克莱因隧穿。
2019-09-01 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Topological Dirac-vortex modes in a three-dimensional photonic topological insulator
本文首次在三维光子拓扑绝缘体中理论提出并实验验证了拓扑狄拉克涡旋模式，通过将三维Kekulé畸变紧束缚模型映射到光子晶体，利用微波近场测量观测到沿一维缺陷线鲁棒传播的模式，为三维光操控提供了新平台。
2024-11-06 physics.optics
Observing Zitterbewegung for photons near the Dirac point of a two-dimensional photonic crystal
首次证明了在二维光子晶体中，在狄拉克点附近可以出现光子的齐特波。光子的这种现象的优越性在于，它可以在具有宽频率区域的不同标度结构中找到。这可以通过测量光子晶体平板的透射系数的时间依赖性来观察。因此，它特别适合于实验观察这种效果。我们已经通过精确的数值模拟观察到了这种现象，证实了一个长期存在的理论预测。
2007-12-15 physics.optics
Giant photonic spin Hall effect near the Dirac points
传统光学界面上光的自旋-轨道相互作用的起源在于光子偏振的横向性质：与平面波分量相关的偏振经历略微不同的旋转，以满足反射或折射后的横向性。拓扑光子材料的最新进展为重新研究光在独特光学界面上的自旋轨道相互作用提供了重要的机会。在这里，我们建立了一个通用模型来描述光子狄拉克亚晶中光的自旋轨道相互作用。当高斯光束入射到光子狄拉克晶体的界面时，在狄拉克点附近发现了巨大的光子自旋霍尔效应。巨光子自旋霍尔效应是由于光的强自旋轨道相互作用，表现为不同平面波分量的大的偏振旋转。我们相信，这些结果可能提供洞察的基本性质的自旋轨道相互作用的光在拓扑光子系统。
2020-01-18 physics.optics
Semi-Dirac dispersion relation in photonic crystals
半狄拉克锥是指一种特殊类型的色散关系，它沿对称线是线性的，但在垂直方向上是二次的。在这里，我证明了一个光子晶体组成的一个正方形阵列的椭圆形介质柱能够产生这种特定的布里渊区中心的色散关系。一个微扰方法被用来评估的线性斜率，并确认色散关系是一个半狄拉克型。从边界有效介质理论计算的有效介质参数不仅解释了在半狄拉克点处发生的等频表面中的意外拓扑转变，它们还提供了对该点处的性质的透视，其中光子晶体沿对称轴表现为零折射率材料，但在垂直方向上类似于光子带边缘。
2013-12-01 physics.optics
Orbital Angular Momentum preserving guided mode in helically twisted hollow core photonic crystal fiber at Dirac point
研究了光子Dirac模在螺旋扭曲空芯光子晶体光纤（HC-PCF）中的捕获和传输，其中空芯缺陷（空气）中的捕获光可以保持轨道角动量（OAM）。我们表明，光子狄拉克点可以出现，即使在扭曲的系统中，为一个适当的选择曲线坐标和相关的波导缺陷模式定义在新的基础可以保持相关的OAM在轴向平移。重点分析了扭曲率、缺陷几何形状和晶体尺寸对载陷狄拉克模的OAM传输的影响。有限元模拟的结果与基于扭转光子晶体中布洛赫模动力学的解析理论进行了验证，两者吻合良好。HC-PCF可以在激发和引导OAM携带模式方面发挥重要作用，有助于粒子捕获和量子通信。
2019-02-25 physics.optics
Larger-area single-mode photonic crystal surface-emitting lasers enabled by an accidental Dirac point
通过改变光子晶体表面发射激光器（PCSELs）的晶格几何形状，我们调谐了二次色散的规则激光带边，在布里渊区中心形成了一个偶然的线性色散的狄拉克点。这不仅使模式间隔增加了几个数量级，而且消除了分布的面内反馈，以使单模PCSEL能够具有显著更大的面积，从而具有显著更高的输出功率。通过二维面内计算系统地评估了使用偶然Dirac锥的优点，并通过光子晶体平板器件的三维模拟证实了这一点。
2013-12-12 physics.optics
Symmetry Breaking in Photonic Crystals: On-Demand Dispersion from Flatband to Dirac Cones
我们证明了对称性破缺为调整光子晶体中的能量-动量色散提供了一个新的自由度。使用一般的理论框架，在两个说明性的实际结构中，我们表明，打破对称性，使按需调谐的本地密度的状态相同的光子带从零（狄拉克锥色散）到无穷大（平带色散），以及任何恒定的密度在一个可调的光谱范围。作为一个概念验证，我们实验证明了一个非常相同的光子带从传统的二次形状的狄拉克色散，平带色散和多值之一，通过微调的垂直对称性破缺的转换。我们的结果提供了一个前所未有的自由度，在平面集成光子器件的光色散工程。
2017-11-21 physics.optics
Tilted Dirac cones and asymmetric conical diffraction in photonic Lieb-kagome lattices
Lieb晶格和kagome晶格，这两个都是众所周知的狄拉克锥和平带，可以连续转换成彼此的剪切变换。在这个转变过程中，平带被破坏，但狄拉克锥保持不变，并变得倾斜，在不同的参数下出现I、II和III型。在这项工作中，我们首先使用紧束缚模型研究这些倾斜的狄拉克锥，揭示它们如何被设计成不同的类型。然后，我们证明锥形衍射的光子晶格实现的Lieb-kagome晶格使用分步光束传播模拟，获得的狄拉克锥在不同方向倾斜的存在的证据。最后，我们进行了实验与光子晶格激光写在熔融石英（SiO $_2$），以验证模拟的结果。这些研究推进了对Lieb-kagome晶格和倾斜狄拉克锥的理解，并为进一步研究这个有趣的可调晶格系统提供了基础。
2022-11-08 physics.optics
Dirac-vortex topological photonic crystal fibre
光子晶体光纤的成功很大程度上依赖于二维光子晶体在横截面上的无穷变化。在这里，我们提出了一种拓扑带隙光纤，其沿面内方向的带隙通过具有涡旋相位的狄拉克晶格的广义凯库勒调制打开。然后，保证中间带隙缺陷模的存在，以在该Dirac-vortex光纤的芯部引导光，其中引导模的数量等于空间涡旋的缠绕数量。单涡旋设计为一个倍频程的带宽提供了单偏振单模。
2020-11-20 cond-mat.mes-hall physics.optics
Tilted and type-III Dirac cones emerging from flat bands in photonic orbital graphene
狄拉克材料是Weyl半金属的二维伙伴，其特殊的电子性质源于其能带结构中的线性交叉。当狄拉克点周围的色散倾斜时，出现了复杂的输运现象，如修正的克莱因隧穿，本征反常霍尔效应和亚铁磁性。然而，狄拉克材料是罕见的，特别是倾斜狄拉克锥。最近，人造材料的积木目前的轨道自由度已经出现作为有前途的候选人的工程异国情调的狄拉克色散。在这里，我们利用蜂窝晶格中排列的光子谐振器的轨道结构来实现半狄拉克，倾斜的光子晶格，最有趣的是，III型狄拉克锥，结合平面和线性色散。倾斜的圆锥出现从接触的平面和抛物线带与非平凡的拓扑电荷。这些结果为合成具有非常规输运性质的轨道狄拉克物质开辟了道路，并与极化激元非线性相结合，研究光子晶格中的拓扑和狄拉克超流体。
2018-07-23 cond-mat.mes-hall physics.optics
Photonic Dirac monopoles and skyrmions: spin-1 quantization
利用狄拉克-麦克斯韦对应关系，我们提出了光子狄拉克算符的概念，适用于光子晶体、超材料和二维材料。我们首先探讨真空中的麦克斯韦方程和无质量狄拉克方程（外尔方程）的动量倒易空间具有磁引力。关键的区别是磁磁荷的性质，它对光子是整数值，但对电子是半整数值。这种固有的差异直接与自旋有关，并最终与玻色子或费米子行为有关。我们还表明存在的光子狄拉克弦，这是线奇异性的基础Berry规范潜力。虽然在真空中的结果是直观的预期，我们的中心结果是应用这种拓扑Dirac麦克斯韦对应的二维光子（玻色子）材料，而不是传统的电子（费米子）材料。有趣的是，在色散物质中，光子狄拉克单极子的存在被非局域量子霍尔电导率（即时空色散旋电常数）捕获。对于二维光子和电子介质，非平凡的拓扑相位出现在大质量粒子的背景下，打破了时间反演对称性。然而，这些玻色子和费米子陈氏绝缘体的体动力学的特点是自旋1和自旋1/2的skyrmions在动量空间，有根本不同的解释。这是由它们的自旋-1和自旋-1/2螺旋量子化边缘状态的对比所例证。我们的工作揭示了最近提出的量子旋电相位的物质和拓扑玻色子相位中的光子自旋量子化的重要作用。
2018-12-02 physics.optics
Transverse Anderson localization of light near Dirac points of photonic nanostructures
我们对无序层状光子纳米结构中光束的安德森局域化进行了比较研究，在周期性层分布的限制下，在波矢谱中具有狄拉克点或布拉格带隙。特别是，我们表明，当布拉格间隙的宽度减小时，安德森模式的本地化长度增加，使得在极小的带隙限制中，即当形成狄拉克点时，即使是极高水平的紊乱也无法本地化位于狄拉克点附近的光学模式。本文还比较分析了在布拉格带隙或狄拉克点附近形成的安德森模的传播特性。我们的研究结果可以提供有价值的指导方针，在评估结构紊乱的功能广泛的阵列的光学纳米器件的影响。
2015-09-30 physics.optics
Observation of Three-dimensional Photonic Dirac points and Spin-polarized Surface Arcs
拓扑相产生于对称性和拓扑学之间相互作用所强加的优雅的数学结构1 -5。从带隙拓扑绝缘体到无隙半金属，量子和经典体系中的拓扑材料在过去十年中发展迅速。其中，三维狄拉克半金属处于各种拓扑相之间的拓扑相变点。它与其他拓扑材料共享多种奇异的拓扑特征，例如费米弧和Weyl半金属的手征异常30，拓扑绝缘体的自旋相关表面态29。尽管三维Dirac点在拓扑物理中起着重要的作用，但迄今为止，在经典系统中还没有实验观测到三维Dirac点的报道。在这里，我们通过实验证明了精心设计的光子超材料中的三维光子狄拉克点，其中两个对称放置的狄拉克点通过电磁对偶性稳定31。证明了自旋极化表面弧（电子系统中费米弧的对应物），这为自旋复用拓扑表面波传播铺平了道路。通过拓扑相变，我们的系统与其他奇异态紧密相连，为拓扑光子学提供了一个有效的介质平台。
2018-10-04 physics.optics
Optically and Electrically Tunable Dirac Points and Zitterbewegung in Graphene-Based Photonic Superlattices
我们证明，石墨烯基光子超晶格提供了一个多功能的平台，电子和全光控制的光子束与深亚波长精度。具体地，通过将石墨烯片插入到周期性金属介电结构中，可以设计光学超晶格，其在超晶格的介电常数的空间平均值$\bar{ \varepsilon}$为零的频率处抑制光子狄拉克点（DP）。类似于众所周知的零- $\bar{n}$带隙，我们表明，这些零- $\bar{\varepsilon}$ DP是高度稳健的结构紊乱。我们还表明，通过调谐石墨烯介电常数通过光学克尔效应或电掺杂，可以诱导DP超过\SI{30}{\nano\meter}的光谱变化，在中红外和太赫兹频率。这种广泛的可调谐性的影响，在DP附近的光子Zitterbewegung效应进行了探讨。
2015-04-28 physics.optics
Double-bowl State in photonic Dirac nodal line semimetal
在过去的十年里，拓扑材料在电子系统和经典波中的绝缘体和半金属中的应用激增。拓扑半金属表现出拓扑保护带退化，如节点和节线。具有四重线简并的Dirac节线半金属（DNLS）引起了人们的特别关注。DNLS已经在电子系统中进行了研究，但没有光子DNLS。在这项工作中，我们提供了一个新的机制，这是唯一的光子系统，研究严格的光子DNLS。当截断时，光子DNLS表现出双碗态（DBS），它包括两组垂直偏振的表面态。与其他光子系统中的非简并表面态形成鲜明对比，这里的两组表面态在整个光谱范围内几乎是简并的。DBS和体狄拉克节环（DNR）沿相关方向的色散，实验解决。
2021-08-20 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Emergence of Unpinned Dirac Points in Defected Photonic Crystals
本研究针对光子晶体中未固定狄拉克点（DPs）研究不足的问题，提出通过修改特定位置电介质盘参数构建二维缺陷光子晶体的新方法，实现未固定DPs并可调控其数量、位置及色散，为相对论光子波现象研究提供新手段。
2025-02-19 physics.optics
Realization of a Dirac-vortex topological photonic crystal fiber
本研究首次利用标准堆叠拉制工艺实验实现了Dirac-vortex拓扑光子晶体光纤，并观察到其在全通信窗口（1260-1675nm）内的单偏振单模传输特性，推进了光纤研究前沿。
2025-03-06 physics.optics
Analytical study of mode degeneracy in non-Hermitian photonic crystals with TM-like polarization
从耦合波理论的角度研究了具有$C_{4v}$对称性的非厄米光子晶体的模式简并。描述了非厄米型光子晶体中的波耦合和泄漏，并推导出了偶然三重简并的条件，这导致了类狄喇克锥色散。我们证明了非厄米PC中的类Dirac-cone带在$Γ$点附近具有与实Dirac-cone类似的良好的线性和各向同性。此外，一些拓扑过渡的带可能会发生时，参数的几何演变。而Berry相位在$Γ$点保持为零，表明类Dirac锥不服从Dirac方程，它只是Dirac锥。
2017-04-19 physics.optics
Plasmonics in the visible domain for a one-dimensional truncated photonic crystal terminated by graphene: sensing beyond Dirac point's approximation
在Kretschmann构型下，在涂覆石墨烯层的一维光子晶体中，TE波的偏振可以激发出可见的表面等离子体共振（SPR）.在这项工作中，等离子体激元布洛赫波的狄拉克点以外的一维石墨烯基的光子传感结构的性质进行了数值研究。我们表明，在可见光区的建议的光子器件的反射光谱中的出射等离子体下降表现出可调的化学势和跳跃参数调制后的特性。传感器在可见光区的灵敏度进行了数值评估，并与那些考虑在太赫兹制度的表面等离子体共振进行了比较。
2021-05-08 cond-mat.mes-hall physics.optics
Topology-optimized Dual-Polarization Dirac Cones
我们应用大规模的计算技术，称为拓扑优化，光子狄拉克锥的逆设计。特别是，我们报告了各种可以在简单的各向同性介电材料中实现的光子晶体几何形状，它们表现出双偏振和双波长狄拉克锥。我们通过设计不同对称类型的光子晶体来展示这种技术的灵活性，例如具有四重和六重旋转对称性的光子晶体，其在布里渊区内的不同点处具有狄拉克锥。所展示的和相关的优化技术可以为带结构工程和操纵光在周期性介质中的传播开辟新的途径，并可能应用于奇异的光学现象，如有效的零折射率介质和拓扑光子学。
2017-09-21 physics.optics
Unveiling spin-orbital angular momentum locking in photonic Dirac vortex cavities
The Hong Kong University of Science and Technology (Guangzhou)（香港科技大学（广州））；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Suzhou Institute for Advanced Research, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学苏州高等研究院）；Soochow University（苏州大学）；The University of Hong Kong（香港大学）；Taiyuan University of Technology（太原理工大学）
本研究通过自旋分辨测量揭示了狄拉克涡旋腔中自旋-轨道角动量锁定现象，展示了其与手性和谷间耦合的关系，并提出了任意阶OAM辐射的设计方法。
2026-01-19 physics.optics
Dirac-Point Solitons in Nonlinear Optical Lattices
报道了在无光子带隙的周期系统中发现的一种新的孤子。孤子是一种非线性的自陷波包。它们在物理学的许多分支中得到了广泛的研究。周期系统中的孤子是由光子带隙支持的局域态，近十年来已成为孤子研究的主流。在这封信中，我们报告了一种新的孤子位于狄拉克点超越光子带隙的发现。狄拉克点是光子能带结构的圆锥奇点，其中波动服从著名的狄拉克方程。这些新的孤子是由狄拉克点而不是光子带隙维持的，因此相对于传统的带隙孤子在概念理解上有了某种进步。除了它们在孤子理论中的理论影响外，它们还具有许多潜在的用途，因为这种孤子具有显着的稳定特性，并且在具有自聚焦和自散焦非线性的克尔材料和光折变晶体中都是可能的。新的结果优雅地揭示了传统的光子带隙时，狄拉克点是不需要的。这些发现丰富了孤子族，并为流体力学、等离子体物理和玻色-爱因斯坦凝聚体等物理学的许多分支中的非线性波的研究提供了有价值的信息。
2015-11-24 physics.optics
Inverse design of third-order Dirac exceptional points in photonic crystals
我们提出了一种新的反向设计方法，使暴力发现的光子晶体（PhC）结构与复杂的光谱简并。作为一个证明的原则，我们展示了PhCs表现出三阶狄拉克点形成的\emph{accidental}退化的单极，偶极和四极性质的模式。我们发现，在适当的条件下，这些模式可以合并，并形成一个三阶例外点（EP3），导致分散的彼得曼因子。我们发现，在这样的EP 3的发射器的自发发射（SE）率，有关的局部状态密度，可以增强8的因素在纯有损（被动）结构，与更大的增强$\sim \sqrt{n^3}$可能在特殊点的高阶$n$或在材料的增益。
2016-05-19 physics.optics
Three-dimensional topological photonic crystal with a single surface Dirac cone
表面上的单个狄拉克锥是三维（3D）拓扑绝缘体的标志，其中狄拉克点处的双简并性由时间反演对称性保护，并且远离该点的自旋分裂由自旋轨道耦合提供。在这里，我们预测一个单一的狄拉克锥表面态的3D光子晶体，在狄拉克点的简并保护由非对称的滑移反射和线性分裂远离它是通过打破时间反演对称性。这样的无间隙表面状态对于任何类型的随机无序都是完全鲁棒的。这种玻色子拓扑能带结构是通过施加交替磁化来间隔在我们的晶体大部分中发现的3D“广义狄拉克点”来实现的。$Z_2$体不变量的特点是通过Wannier中心的演变。我们的提议--在微波频率下使用亚铁磁材料很容易实现--也可以被看作是拓扑晶体绝缘体的光子模拟，提供了第一个3D玻色子保护拓扑系统。
2015-07-01 cond-mat.mes-hall physics.optics
Photonic realization of the kappa-deformed Dirac equation
我们展示了紧束缚光子波导阵列中的卡帕变形狄拉克方程的实现。这是通过一种特殊配置的耦合延伸到第二最近的邻居。几何操作可以控制这些倏逝波耦合。本文详细研究了波包的传播，包括变形参数对Zitterbewegung或颤动运动的影响。通过这种方式，我们展示了如何重建平坦非对易时空的影响-即，卡帕-闵可夫斯基时空-在简单的实验装置。我们在结论一节中涉及弹性实现。
2020-12-05 hep-lat physics.optics
Theory of dipole radiation near a Dirac photonic crystal
我们发展了一种解析形式来描述二维光子晶体平板的狄拉克锥附近的偶极辐射。在早期的工作相比，我们占所有的偏振效应，并推导出一个封闭形式的表达并矢格林函数的几何形状。使用这种解析格林函数，我们证明了由平板介导的偶极相互作用表现出缠绕相，这是量子发射器的工程拓扑系统的关键成分，如J. Perczel等人，（2018），arXiv：1810.12299.作为一个例子，我们研究了由狄拉克锥介导的相干原子相互作用，这是最近被证明是不寻常的长程无指数衰减。这些结果为进一步严格分析发射体通过光子狄拉克锥在光子晶体中的相互作用铺平了道路。
2018-11-05 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph physics.optics
Controllable finite ultra-narrow quality-factor peak in a perturbed Dirac-cone band structure of a photonic crystal slab
我们证明了利用光子Dirac锥的微扰，可以在波矢空间中实现超窄的有限Q因子峰，并且峰值和宽度都是可调的。我们还讨论了最小可行宽度的下限给定的峰值Q值，同时保持足够的Q模式之间的分化。强角度和频率Q选择在需要强角度和频率选择的光学器件中找到应用。
2021-04-20 physics.optics quant-ph
Dirac Metamaterial Assembled by Pyrene Derivative and its Topological Photonics
在过去的十年中，拓扑学在物理学的广泛领域中获得了极大的关注。特别是，它对光子学产生了影响，因为精心设计的光子晶体和超材料可以帮助探索材料的非平凡状态。在这方面，具有大各向异性的所有电介质超材料以及偶极和多极Mie谐振器在拓扑光子学中发挥了越来越重要的作用。Mie共振器的优点使得在三维空间中寻找非平凡态成为可能，理论计算支持了它的潜力。然而，这是非常困难的实验证明，因为它是很难使各向异性的亚原子，尽管努力。在这里，我们报告了一个三维拓扑光子学的狄拉克超材料。它是由一个亚晶自组装的分子，HYLION-12，它具有各向异性的极化率和环电流。由于其特殊的光学性质，它具有奇异的光学常数，可用于电磁双曲超材料，以及紫外区的双曲超材料。在242 nm处作为放大反射器，其反射率为142%;在300 nm处作为惠更斯光源，其透过不透明基底的非对称透射率高达30%。此外，它演示了各种拓扑光子学现象，如Pancharatnam-Berry和波导相位合并，波前整形和波导的边缘作为一个3D拓扑光子材料。利用多环芳烃（PAHs）的新策略有望成为实现三维拓扑光子学的有效途径。
2021-01-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Higher-order Dirac Semimetal in a Photonic Crystal
近年来，高阶拓扑的发现极大地丰富了拓扑材料的分类。理论和实验研究已经揭示了各种高阶拓扑绝缘体，它们表现出拓扑保护的角或铰链状态。最近，高阶拓扑被引入拓扑半金属。到目前为止，高阶拓扑半金属的实际模型和实验验证仍然非常有限。在这里，我们设计并演示了一个三维光子晶体，实现了高阶狄拉克半金属相。计算结果表明，所设计的三维光子晶体中存在两个四重Dirac点，其动量空间投影在边的位置由高阶铰链态连接.高阶拓扑可以通过计算不同k_z值下的χ（6）拓扑不变量来刻画。在微波频率下的实验也提出了测量铰链状态色散。我们的工作证明了高阶狄拉克半金属相的物理实现，并为探索三维光子系统中的高阶拓扑半金属相铺平了道路。
2022-05-03 cond-mat.mes-hall physics.optics
Photonic Dirac Waveguides
狄拉克方程是描述相对论性自旋1/2粒子的一系列有趣性质的典范模型，从反粒子的存在到克莱因隧穿。然而，Dirac-like方程的应用已经远远超出了它原来的范围，并已被用来理解石墨烯的性质和物质的拓扑相。在光子学领域，模仿狄拉克物理学的机会也使拓扑光子绝缘体成为可能。在本文中，我们证明了明智的工程合成的光子狄拉克系统的潜力，可以提供超越基本和准粒子，拓扑领域的物理性质。特别地，我们引入了一类新的光狄拉克波导，其导电磁模被赋予了赝自旋自由度。赝自旋耦合的能力，工程师的合成规范的潜力作用于它，使控制的导模，这是无法达到在传统的光波导。特别是，我们使用硅纳米光子超颖表面，支持伪自旋自由度作为测试平台，预测和实验确认的狄拉克波导的自旋完整的性质。我们还表明，适当的捕获势，导模表现出自旋相关的场分布，这使得他们独特的传输和辐射特性。因此，狄拉克波导表现出自旋相关的辐射寿命-非厄米自旋-霍尔效应-并为自旋多路复用、控制引导光学模式的特性以及利用光子伪自旋调谐光-物质相互作用开辟了新的途径。
2022-11-01 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Transmission in the vicinity of the Dirac point in hexagonal Photonic Crystals
我们利用散射矩阵方法模拟了狄拉克点附近的六角光子晶体的透射。如果晶体的取向使得垂直于表面的传播方向对应于Gamma-K方向，则对于非常长（无限）的结构，不可能有斜向传输。对于具有宽度W和长度L的有限结构，透射的长度依赖性由T_total = Gamma_0 W/L给出。对于T_total，波矢平行于表面的所有波，k_||=n 2 pi/W，由通道号n描述，必须考虑。我们表明，在狄拉克点的传输遵循给定的标度律，这个标度律是有关的行为的各个通道。这导致当总传输达到恒定值时，建立用于这种缩放行为的最大长度的标准。我们还比较了这种缩放行为的结果在其他频率区域。
2008-07-21 physics.optics
Light scattering in disordered honeycomb photonic lattices near the Dirac points
我们解决安德森局域化在无序蜂窝光子晶格和本地化过程的强烈影响的光谱位置的输入波包内的第一布里渊区的晶格。尽管在规则晶格中，在狄拉克点附近激发的光束的扩展比在布里渊区中心激发的光束的扩展强得多，在狄拉克点处，光表现出锥形衍射，在布里渊区中心处，光束表现出正常衍射，但我们发现，即使在狄拉克点周围，无序也会导致明显的安德森局域化。我们发现，对于相同的无序水平的狄拉克点周围的激发的平均输出强度分布的宽度可能会大大大于在布里渊区的中心处的激发。
2013-08-20 nlin.PS physics.optics
Extinction of coherent backscattering by a disordered photonic crystal with a Dirac spectrum
二维三角晶格的光子晶体在光谱中具有锥形奇异性。接近这个所谓的狄拉克点，麦克斯韦方程组简化为超相对论自旋1/2粒子的狄拉克方程。在这里，我们表明，半整数自旋和相关的Berry相位仍然可以观察到的晶体中存在的无序。标量（自旋零）波的相长干涉产生相干后向散射峰，其由无序平均反射光子通量的加倍组成，而由Berry相位引起的相消干涉以与入射角相关的角度通过时间反演对称性抑制反射强度。我们证明了这种消光相干后向散射麦克斯韦方程组的数值解，并与狄拉克方程的分析预测。
2009-01-07 cond-mat.mes-hall physics.optics
Photonic Topological Transitions and Epsilon-Near-Zero Surface Plasmons in Type-II Dirac Semimetal NiTe$_2$
与人工超材料相比，纳米制造复杂性和有限尺寸的夹杂物可能会阻碍所需的电磁响应，几种天然材料如范德华晶体在光学范围内设计高效的纳米光子器件方面具有很大的希望。在这里，我们研究了NiTe $_2$，范德华晶体和II型狄拉克半金属托管洛伦兹违反狄拉克费米子的不寻常的光学响应。通过{ \it ab~initio~}密度泛函理论模拟，我们发现NiTe $_2$在近红外和光学范围内具有多个倏逝波（如表面等离子体）的拓扑光子机制.通过电子能量损失实验，我们确定了在近零（ENZ）频率$\approx 0.79$，$1.64$和$2.22$ eV的光子拓扑转变点附近的表面等离子体共振。在极端的晶体各向异性和违反洛伦兹的狄拉克费米子的存在的驱动下，ENZ表面等离子体共振的实验证据证实了NiTe $_2$的非平凡光子和电子拓扑结构。我们的研究为实现基于电子和光子拓扑物理的深亚波长尺度光操纵器件铺平了道路，用于纳米光子学，光电子学，成像和生物传感应用。
2021-10-05 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Enabling single-mode behavior over large areas with photonic Dirac cones
石墨烯的许多独特的电子性质来自其Dirac类电子能谱。同样，人们预计，具有狄拉克色散的纳米光子系统将开辟一条通往许多重要研究途径的道路。然而，迄今为止，所有提出的石墨烯光子类似物的实现都缺乏完全全向的面外光限制，这阻碍了创建这类系统的真正现实的实现。在这里，我们报告了一种新的路线，以实现全介质的三维光子材料具有Dirac-like色散在准二维系统。我们进一步讨论了这一发现如何能够在大面积上显着提高自发发射耦合效率（β因子），无视β因子随着系统尺寸的增加而迅速下降的常识。这些结果可能会使一般的新类别的大面积超低阈值激光器，单光子源，量子信息处理设备和能量收集系统。
2012-04-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Photonic antiferromagnetic topological insulator with a single surface Dirac cone
本研究理论结合实验发现了一种受时间反演与半晶格平移联合对称保护、承载单个表面狄拉克锥的三维光子反铁磁拓扑绝缘体，首次实现光子反铁磁拓扑绝缘体及强拓扑绝缘体的光子类比。
2025-01-13 physics.optics
Topological edge states in photonic Floquet insulator with unpaired Dirac cones
本文提出一种蜂窝晶格光子Floquet绝缘体，其光谱具有不成对狄拉克锥，可在相反子晶格失谐区域边界支持无谷间散射的单向拓扑边缘态，并用非零谷陈数表征其拓扑性质。
2024-07-06 physics.optics
Unidirectional Transport in Electronic and Photonic Weyl Materials by Dirac Mass Engineering
单向输运在二维系统中已经被观察到，然而，到目前为止，它们还没有在三维块体材料中被实验观察到。在这项理论工作中，我们表明，最近发现的外尔材料提供了一个平台，单向传输内散装材料。具有高实验可行性，一个复杂的狄拉克质量可以产生和操纵的光子外尔晶体，创造单向传播模式中观察到的传输实验。可能实现（电子）外尔半金属进行了研究。我们表明，在一个晶格模型中，与短程相互作用，所需形式的狄拉克质量可以自发地产生在一级过渡。
2015-12-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el hep-ph
Line nodes, Dirac points and Lifshitz transition in 2D nonsymmorphic photonic crystals
拓扑学的相变，吸引了几代物理学家，总是以能隙闭合为界。在这项工作中，我们提出了非常简单的二维光子晶体晶格的间隙关闭点，即带退化保护的非对称对称性。我们的光子结构相对容易制造，每个单元格由两个不等效的介电圆柱体组成。沿高对称性方向，他们表现出线退化保护的滑移反射对称性，我们明确证明了$pg,pmg,pgg$和$p4g$非对称群。在存在时间反演对称性的情况下，它们还表现出受与晶体对称性相关的$Z_2$拓扑数保护的点简并性（狄拉克点）。引人注目的是，强大的保护$pg$ -对称性允许Lifshitz过渡到II型狄拉克锥在很宽的实验参数范围内，从而提供了一个方便的路线实现异常折射。进一步的潜在应用包括基于电致应变的交通信号灯装置，其动态地将晶格对称性从$pgg$切换到更高的$p4g$对称性。这控制了狄拉克点的聚合，从而控制了晶体内的群速度。
2017-04-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Electromagnetic Duality Symmetry-Protected Dirac-Like Cones
本研究通过将电磁对偶对称性引入光子晶体，实现了内禀鲁棒的确定性类狄拉克锥，利用联合对偶-结构对称性强制双重简并，为先进光子能带工程提供了鲁棒平台。
2025-03-18 physics.class-ph physics.optics
Dirac exciton-polariton condensates in photonic crystal gratings
本文建立了光子晶体光栅中狄拉克激子-极化激元凝聚体的单体和多体理论，揭示了辐射连续域保护与负质量光俘获协同驱动的凝聚动力学，并发现了模拟zitterbewegung效应的稳定循环凝聚体解，同时澄清了近场与远场概念。
2024-07-31 cond-mat.mes-hall physics.optics
Anomalous Topological Phases and Unpaired Dirac Cones in Photonic Floquet Topological Insulators
提出了一种基于交错螺旋晶格的光子Floquet拓扑绝缘体及其Floquet能带结构的有效数值计算方法。晶格支持反常Floquet拓扑绝缘体相，具有消失的陈数和可调的拓扑跃迁。在拓扑转变的临界点，能带结构主机一个单一的不成对的狄拉克锥，这产生了各种不寻常的输运效应：一个离散的模拟锥形衍射，弱反局域化不受谷间散射，抑制安德森局域化。与以前的设计不同，有效规范场强度可以通过晶格参数（如螺旋间距离）控制，从而显著降低辐射损耗并实现可切换拓扑波导等应用。
2016-06-07 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Realization of Photonic Charge-2 Dirac Point by Engineering Super-modes in Topological Superlattices
最近在某些凝聚态系统中发现了一种新的非常规四重线性带简并点。与标准的3-D狄拉克单极相反，这些被称为电荷-2狄拉克点的四重点的特征是非零的净拓扑电荷，可以用来深入研究拓扑物理学迄今未知的领域。在这里，我们报告的实验实现的电荷-2狄拉克点故意工程混合拓扑状态称为超模式的1-D光学超晶格系统与两个额外的合成维度。利用直接反射和透射测量，我们表现出的超级模式归因于合成的电荷-2狄拉克点，这是第一次在可见光区实现的存在。我们还展示了实验方法来操纵两个衍生的外尔点，在合成空间中是相同的收费。此外，拓扑末端模式唯一导致的电荷-2狄拉克点可以微妙地控制截断超晶格样品内，为我们打开了一条途径，合理地工程局部领域的强烈增强。
2019-12-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Tunable nonlinear optical bistability based on Dirac semimetal in photonic crystal Fabry-Perot cavity
本文研究了嵌入三维狄拉克半金属的一维光子晶体法布里-珀罗腔中的非线性光学双稳态，通过调节费米能级和优化结构参数实现了低阈值且可调谐的全光开关特性。
2023-04-09 physics.optics
Optical properties of honeycomb photonic structures
我们研究，理论和实验，不同类型的蜂窝光子结构，也被称为“光子石墨烯”的光学特性。首先，我们采用双光子聚合的方法来制备蜂窝结构。在实验中，我们观察到一个强大的衍射从有限数量的元素，从而提供了一个独特的工具来定义的精确数量的散射元素的结构，通过肉眼。然后，我们从理论上研究了蜂窝单层和二维平行介质圆棒结构的透射谱。当棒材料$\varepsilon$的介电常数增加时，我们揭示了当最低TE ${}_{01}$ Mie带隙在最低布拉格带隙以下打开时，二维光子石墨烯结构转变为超材料。我们还观察到两个狄拉克点的二维光子石墨烯的能带结构中的$K$点的布里渊区和演示的狄拉克透镜TM偏振的表现。狄拉克透镜的性能是，2D光子石墨烯层将来自点源的波转换成具有平坦相位表面的光束，该光束在狄拉克频率下用于TM偏振。
2017-07-31 cond-mat.mes-hall physics.optics
$\mathcal{PT}$-symmetric photonic lattices with type-II Dirac cones
本文首次构建具有II型狄拉克锥的$\mathcal{PT}$对称光子晶格，发现II型奇异环及对称性恢复机制，并揭示不同对称相中光束传播的衰减与放大行为。
2024-07-06 physics.optics
Photon-mediated interactions near a Dirac photonic crystal slab
本文提出一种半解析理论，用于计算真实光子晶体狄拉克点附近整个晶胞内的偶极光子介导相互作用，揭示了相互作用强度与范围之间的权衡，并发现通过偏振自由度可调控集体相互作用的相干或耗散性质。
2021-07-01 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph physics.optics
Linear and nonlinear photonic Jackiw-Rebbi states in waveguide arrays
本文用解析和数值方法研究了量子场论中Jackiw-Rebbi态的光学模拟。这些解存在于两个二元波导阵列的界面处，这两个二元波导阵列由两个具有相反符号质量的Dirac方程描述。我们表明，这些特殊的状态是拓扑鲁棒的，不仅在线性政权，但也在非线性政权（与聚焦和散焦非线性）。我们还揭示了从Dirac孤子出发可以产生Jackiw-Rebbi态。
2017-03-01 physics.optics
Dirac points, new photonic band gaps and effect of magnetically induced transparency in dichroic cholesteric liquid crystals with wavelength dependent magnetooptical activity parameter
本研究揭示二色性胆甾相液晶在波长相关磁光参数下出现新狄拉克点、光子带隙及磁致透明线，系统非互易且可调，适用于可调谐滤波器、吸收体及光学二极管等器件。
2023-05-16 physics.optics
